第三章汽油机的燃料与燃烧

1/422/42课程内容概述第一章发动机原理基础知识第二章发动机的换气过程第三章汽油机的燃料与燃烧第四章柴油机的燃料与燃烧第五章燃气发动机的燃料与燃烧第六章发动机的特性第七章汽车的动力性第八章汽车的制动性第九章汽车的使用经济性第十章汽车的操纵稳定性第十一章汽车的舒适性第十二章汽车的通过性第十三章汽车性能的合理使用3/42第三章汽油机的燃料与燃烧第一节汽油的使用性能第二节汽油机混合气的形成与燃烧第三节汽油机的排气污染第四节改善汽油机燃烧过程的措施4/42第一节汽油的使用性能一、汽油的蒸发性二、汽油的燃点和热值三、汽油的抗爆性5/42一、汽油的蒸发性蒸发性：指汽油从液态转变成气态的难易程度。汽油的蒸发性通过蒸馏实验测定。10%馏出温度:影响冷起动性能。此温度低，汽油的蒸发性好，冷起动性能好；但此温度过低，汽油因蒸发过快而形成气阻，使供油不畅，影响发动机正常工作。50%馏出温度：影响暖机时间和加速性能。此温度越低，表明汽油的平均蒸发性越好，暖机时间越短，加速性能好。90%馏出温度：影响燃烧的完全程度、积炭和润滑油的污染程度。此温度越高，重馏分越多（难以蒸发），不完全燃烧程度增加，排气管冒黑烟；未完全燃烧的燃料使积碳增加；冲刷缸壁油膜，污染润滑油。6/42二、汽油的燃点和热值自燃温度高，适合采用外源点火。热值：燃烧单位量汽油放出的热量，通常情况下，1kg汽油完全燃烧所放出的热量为44400kJ。7/42三、汽油的抗爆性抗爆性：汽油对发动机产生爆燃的抵抗能力。用辛烷值表示。辛烷值的测定：对比试验。用抗爆很高的异辛烷（辛烷值为100）和抗爆很低的正庚烷(辛烷值为0）以不同的容积比混合，制成标准燃料（异辛烷的含量就是其辛烷值）。当被测汽油和标准燃料抗爆性相同时，标准燃料的辛烷值就是被测汽油的辛烷值。马达法值和研究法值。同一种汽油研究法值比马达法值高出6～7个单位。国产汽油编号：采用研究法值。如RQ90、RQ93、RQ97。8/42第二节汽油机混合气的形成一、混合气的概念二、汽油机对混合气的要求三、汽油机混合气的形成9/42一、混合气的概念发动机工作时，燃料进入汽缸燃烧之前，都要经过雾化和蒸发，并与空气混合，燃料与空气的混合物称为混合气，混合气中含燃料量的多少称为混合气浓度。混合气的浓度通常用过量空气系数或空燃比来表示。10/42二、汽油机对混合气的要求（1）怠速工况（2）小负荷工况（3）中等负荷工况（4）大负荷工况和全负荷工况（5）冷起动工况（6）暖机工况（7）加速工况11/42三、汽油机混合气的形成1．汽油机混合气的形成过程（1）单点喷射汽油机混合气的形成过程。（2）多点喷射汽油机混合气的形成过程（3）缸内喷射汽油机混合气的形成过程12/422．汽油机混合气形成过程的控制（1）顺序喷射方式喷油正时控制（图3-2和图3-3）（2）分组喷射方式喷油正时控制（图3-4和图3-5）（3）同时喷射方式喷油正时控制（图3-6和图3-7）（4）异步喷油正时控制三、汽油机混合气的形成13/4214/423．汽油机混合气浓度的控制三、汽油机混合气的形成15/423．汽油机混合气浓度的控制（1）起动时的同步喷油量控制（图3-9、图3-10、图3-11）（2）起动后的同步喷油量控制（图3-12）①起动后加浓修正②暖机工况加浓修正（图3-13）③进气温度修正（图3-14）④大负荷工况喷油量修正⑤过渡工况喷油量修正⑥怠速工况稳定性修正（图3-15）（3）异步喷油量控制（4）断油控制（5）燃油泵控制三、汽油机混合气的形成16/4217/4218/42一、汽油机正常燃烧过程二、汽油机的不正常燃烧第三节汽油机的燃油过程19/42一、汽油机正常燃烧过程汽油机的燃烧过程：从压缩行程上止点前火花塞跳火开始到膨胀行程燃料基本燃烧完为止。燃烧过程接近定容加热。正常燃烧情况：火焰中心以一定的速度连续传遍整个燃烧室，在燃烧过程中，火焰传播速度及火焰前锋面的形状均没有急剧变化。20/42二、汽油机正常燃烧过程（1）着火延迟期：（2）明显燃烧期：通过调整点火提前角来控制最高压力点的到达时刻pp（3）补燃期：21/42正常燃烧时火焰前锋的瞬时位置22/42二、汽油机的不正常燃烧1.爆燃：2.表面点火：23/42爆燃1.爆燃：在某种条件下（如压缩比过高或点火过早），汽油机的燃烧变得不正常（这时火焰传播速度和火焰前锋形状发生急剧的变化），上止点附近的压力急剧波动。2.爆燃时外部特征：1）发出金属振音（敲缸）；2）冷却系统过热（冷却水、润滑油温度均上升），汽缸盖温度上升；3）在轻微爆震时，功率略有增加；强烈爆震时，功率下降，转速下降，发动机有较大的振动。24/42汽油机正常燃烧与爆燃的比较25/42表面点火表面点火：在汽油机中，不依靠电火花点火，而是由于炽热表面（如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门、更多的是燃烧室表面炽热的沉积物）点燃混合气所引起的不正常燃烧现象。根据表面点火发生时间的不同：早火和后火。降低缸内温度、减少缸内沉积物可防止表面点火的产生。如高质量燃油和润滑油、适当降低压缩比。26/42表面点火的示功图27/42一、选择合适的压缩比二、合理设计燃烧室三、正确选用燃料四、保持发动机正常的工作温度五、精确控制混合气的形成（图3-20）六、精确控制点火提前角第四节改善汽油机燃烧过程的措施28/42精确控制混合气的形成过量空气系数Фat＝0.85~0.95时，混合气稍浓，燃烧速度最快当过量空气系数Фat=1.05~1.15时，混合气稍稀，但火焰传播速仍比较高采用Фat＜0.85~0.95的过浓混合气时，火焰传播速度显著降低采用过量空气系数Фat＞1.05~1.15的过稀混合气时，火焰传播速度也会明显降低29/42精确控制点火提前角1．点火提前角对发动机性能的影响点火提前角大小对汽油机爆燃倾向、示功图上最高压力点的位置有很大影响。汽油机不同点火提前角时的示功图如图3-21所示。30/42精确控制点火提前角2．点火提前角的控制电控点火系统的基本组成如图3-22所示，主要由电源、传感器、ECU、点火器、点火线圈、分电器（有分电器电控点火系统）、火花塞等组成。31/42（1）怠速工况基本点火提前角的确定32/42（2）非怠速工况基本点火提前角的确定33/42（3）发动机起动后对点火提前角的修正方法①修正系数法。如在日本日产车系ECCS系统中，实际点火提前角等于基本点火提前角与点火提前角修正系数之积，即实际点火提前角=基本点火提前角×点火提前角修正系数②修正点火提前角法。如在日本丰田车系TCCS系统中，实际点火提前角等于初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角之和，即实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角34/42（4）起动后点火提前角的修正项目①冷却水温修正②怠速稳定修正③空燃比反馈修正35/42精确控制点火提前角3．爆燃的控制（图3-29和图3-30）36/42一、汽油机的排气污染物二、汽油机排气污染的控制措施第五节汽油机的排气污染37/42一、汽油机的排气污染物1．一氧化碳（CO）2．碳氢化合物（HC）3．氮氧化合物（NOX）4．二氧化碳（CO2）5．二氧化硫（SO2）38/42二、汽油机排气污染的控制措施1．废气再循环（EGR）装置（图3-31）2．二次空气供给装置（图3-32）3．催化转换装置（图3-33）39/4240/4241/4242/42思考题1.汽油的主要使用性能有哪些？如何评价？2.什么是混合气？汽油机对混合气有哪些要求？3.汽车机对混合气的形成过程和浓度是怎样控制的？4.汽油机的正常燃烧过程分几个阶段？各阶段有何特点？5.什么是不正常燃烧？有何危害？使用中应采取哪些防止措施？6.改善汽油机燃烧过程的目的是什么？措施有哪些？7.汽油机的排气污染物主要有哪些？如何产生的？8.汽油机排气污染的控制措施有哪些？